WO2011155292A1 - 光源装置 - Google Patents

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optical system
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花野　和成
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
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    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion

Definitions

  • the present invention relates to a light source device that supplies light to a light guide, and more particularly to a light source device for an endoscope.
  • the emitted light of the light source device that supplies light to the light guide is important not only for the light intensity distribution characteristic but also for the angular distribution characteristic including the angular distribution characteristic. That is, in order to ensure the brightness of the outer periphery of the endoscopic image, as well as the light collecting performance for efficiently coupling the light from the light source to the light guide to ensure the brightness of the endoscopic image,
  • the light source device is required to have a wide light distribution characteristic in which the relative intensity of the light beam having a large incident angle with respect to the light beam near the optical axis is maintained.
  • discharge lamps such as xenon lamps or metal halide lamps are used as light source lamps.
  • the central region of the emitted light beam becomes dark because the discharge electrode and the bulb containing the discharge electrode shield the light, so-called hollow-out phenomenon Had occurred.
  • the central region of the emitted light beam is conversely The light intensity is stronger than in the surrounding area.
  • the applicant discloses a light source device having an integrator section in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-331622.
  • the integrator unit includes an incident-side integrator lens, an output-side integrator lens, and an integrator condenser lens.
  • the illumination light incident on the incident-side integrator lens is divided into a plurality of light beams having a plurality of optical axes, and then incident on the opposing output-side integrator lens, where each light beam is diffused, and then is applied to the integrator condenser lens.
  • An object of the present invention is to provide a small light source device having wide light distribution characteristics.
  • a light source device includes a light source unit that emits a light beam whose central region is stronger than a peripheral region, a condensing optical system that collects an incident light beam, the light source unit, and the condensing optical unit.
  • a light distribution correction optical element having a negative power stronger than that of the peripheral portion and a light guide for guiding the light beam collected by the light collecting optical system is detachably connected.
  • a possible connector part is provided.
  • the light source device 1 constitutes an endoscope system 5 together with an endoscope 2, a CCU (camera control unit) 3, a monitor 4, and the like.
  • the endoscope 2 includes an operation unit 2B disposed on the proximal end side of an elongated insertion unit 2A that is inserted into a body cavity, and a light guide cable 2C connected to a side surface of the operation unit 2B.
  • a light guide connector 2C1 is provided at the extended end of the light guide cable 2C, and the light guide connector 2C1 can be connected to the connector portion 40 of the light source device 1.
  • a light guide 2D is inserted into the light guide cable 2C.
  • the light generated by the light source device 1 is guided to the distal end portion of the insertion portion 2A via the light guide 2D, and emitted toward the subject via the illumination optical system 2E.
  • the illuminated subject is imaged by an imaging element (not shown) such as a CCD disposed at the tip, and the imaging signal is signal-processed by the CCU 3 and then displayed on the screen of the monitor 4 as an endoscopic image. .
  • the light source device 1 includes a light source unit 10, a filter unit 15, and a light distribution correction optical element (hereinafter also referred to as “correction element”) 20 that is a light distribution correction optical system.
  • the condensing optical system 30 and the connector part 40 are comprised.
  • the light source unit 10 includes a light source 11 formed of a discharge lamp such as a xenon lamp or a metal halide lamp, and a parabolic reflector 12.
  • the light source 11 has a thin electrode 11A in the optical path.
  • the effective light beam diameter (ED) shown in FIGS. 3A and 3B is the outer diameter (hereinafter also simply referred to as “diameter”) of a light beam having a light quantity of 95% of the light beam emitted from the light source unit.
  • the light source unit 10 includes a discharge electrode 11A having a small diameter and a bulb, and is designed to emit a light beam with a strong light amount.
  • a light emitting diode or the like may be used as the light source, or the reflector 12 may not be provided.
  • the filter unit 15 includes an ultraviolet cut filter 15A (L2) and an infrared cut filter 15B (L4).
  • the ultraviolet cut filter 15A is a filter that transmits visible light and blocks ultraviolet light
  • the infrared cut filter 15B is a filter that transmits visible light and blocks infrared light.
  • the correction element 20 (L6) is a sheet of substantially flat glass as shown in FIGS. 4A and 4B.
  • the correction element 20 has a concave portion 23 formed in the central portion of one surface, and the central portion is a negative power lens.
  • the wall surface of the recess 23 is a spherical surface with a curvature radius of 40 mm, and the depth is 280 ⁇ m.
  • the shape of the central portion of the correction element 20 may be a conical shape, a Fresnel lens, or a diffraction grating as long as it forms a negative power lens.
  • the spherical shape is preferable from the viewpoint of manufacturability. That is, the correction element 20 in which the spherical concave portion is formed at the center of one surface of the flat glass is easy to manufacture and inexpensive.
  • the condensing optical system 30 includes a front lens group 30F and a rear lens group 30R.
  • the front lens group 30F includes lenses L8, L10, and L12
  • the rear lens group 30R includes L14, L16, and L18.
  • the condensing optical system 30 is a so-called relay optical system in which an incident light beam is condensed at the focal point F10 by the front lens group 30F, diffused, and condensed again at the focal point F11 of the rear lens group 30R. Since the condensing optical system 30 of the relay optical system has a small angle with respect to the optical axis O of the light beam between the front lens group 30F and the rear lens group 30R, it is suitable for disposing a color filter or the like therebetween. .
  • the condensing optical system 30 of the relay optical system has a negative focal length because the effective radius of the rear lens group 30R is smaller than the effective radius of the front lens group 30F.
  • the negative focal length means that the position of the main plane of the condensing optical system 30 is behind the rear focal point F11 of the rear lens group 30R.
  • Table 1 below shows numerical data of optical members constituting the light source device 1.
  • r is the radius of curvature of each surface
  • d is the thickness or air spacing of each optical member
  • n is the refractive index of each optical member at the e-line
  • ⁇ is the Abbe number of each optical member at the e-line
  • ER is It represents the effective radius.
  • the unit of r, d, and ER is mm.
  • the optical member of the light source device 1 has the following configuration.
  • FIG. 5 shows light distribution characteristics in the connector section 40 of the light source device.
  • FIG. 5A shows the light distribution characteristic of the light source device 1 having the above configuration
  • FIG. 5B shows the light distribution characteristic when no correction element is arranged.
  • the light amount is normalized by the maximum light amount, but (A) the light amount in the light source device 1 is 202.2 lumens (lm), whereas (B) correction.
  • the amount of light without the element was 178.7 lumens.
  • each parameter is as follows.
  • the negative value of the arrangement position means that it is closer to the light source unit 10 than the front focal position F1 of the condensing optical system 30 on the optical axis O.
  • the diameter ⁇ of the central region of the correction element 20 is 8 mm, and the effective light beam diameter ED of the light beam emitted from the light source unit 10 is 30 mm.
  • (A) and (B) are the cases where (A) -84.6 mm and (B) the correction element 20 is not disposed, as in FIG.
  • FIG. 7 shows the alignment characteristics when the diameter ⁇ of the central region of the correction element 20 and the focal length fc of the central region of the correction element 20 are changed.
  • (A) is ⁇ 8 mm
  • fc ⁇ 42.3 mm
  • fc ⁇ 105.7 mm
  • fc ⁇ 42.3 mm
  • (B) is a case where the correction element 20 is not arranged.
  • the arrangement positions are (A) -10.1 mm, (C) +6 mm, (D) -16.9 mm from the front focal position F1 of the condensing optical system 30, and (B) does not arrange the correction element 20. This is the case.
  • Table 2 shows the amount of collected light (unit: lumen) when the diameter (LD) of the light guide (LG) 2C to be connected is changed.
  • the conditions of the correction element 20 for obtaining a light source device with a good balance between the alignment characteristics and the amount of collected light are as follows (Formula 1: Condition 1) 2.2 ⁇ ABS (fc / f) ⁇ 5 .5, preferably (Formula 2: Condition 2) 3.0 ⁇ ABS (fc / f) ⁇ 5.0 (Equation 1) and (Equation 2) define the absolute value FR of the ratio between the focal length fc of the central region of the correction element 20 and the focal length f of the condensing optical system 30.
  • the correction element is disposed at a position of ( ⁇ 0.8 ⁇ ABS (f)) to (+ 0.3 ⁇ ABS (f)) from the front focal position of the condensing optical system.
  • (Condition 3) defines the ratio, SP, of the arrangement position of the correction element 20 to the focal length f of the condensing optical system 30.
  • (Condition 3) was satisfied, the orientation characteristics of the light source device were improved.
  • the LM 15 is 50% of the LM, but when the (condition 3) is satisfied, the LM 15 is 60% or more of the LM.
  • the diameter of the central region of the correction element is 15% to 50% of the diameter of the effective light beam emitted from the light source unit, and preferably (Condition 5) is 20% to 30%.
  • (Condition 4) and (Condition 5) define the value LR of the diameter ( ⁇ ) of the central region of the correction element 20 with respect to the effective light beam diameter ED of the light beam emitted from the light source unit 10.
  • (Condition 4 ) The orientation characteristics of the light source device were improved. For example, when (B) the correction element 20 is not disposed, the LM 15 is 55% of the LM, but when the (condition 4) is satisfied, the LM 15 is 70% or more of the LM. Furthermore, when (Condition 5) was satisfied, a further significant improvement, for example, LM15 was 80% or more of LM.
  • the above-mentioned measurement has a relative intensity at the center such that the light flux density is 80% or less within the center ⁇ 30% of the effective light beam diameter (ED) with respect to the light flux density at the center (on the optical axis).
  • the light source unit 10 having a high luminous flux distribution was used.
  • the central region emits a light beam having a light intensity stronger than that of the peripheral region, conditions 1 to 5 are effective regardless of the degree.
  • the light distribution correction effect of the above-described light distribution correction optical element can be obtained by increasing the power at the center (shortening the focal length) or disposing it closer to the light source. There is a trade-off relationship with In a range satisfying the above conditions, wide light distribution can be obtained while ensuring the light collecting performance.
  • the light source device 1 has a wide light distribution characteristic.
  • the plurality of lenses in the integrator section of the known light source device are all complicated in shape and require heat resistance, it is necessary to use a plurality of expensive glass lenses, and alignment between the lenses is required. It required accuracy. Further, it is not easy to reduce the size of the light source device having the integrator unit.
  • the correction element 20 is made of one lens member, it is possible to reduce the size and the cost.
  • the light source device 1A of the second embodiment will be described. Since the light source device 1A of the present embodiment is similar to the light source device 1 of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 9 shows the configuration of the optical system of the light source device 1A.
  • the condensing optical system 30A of the light source device 1 includes lenses L6, L8, and L10. In other words, the structure is simpler and smaller than the condensing optical system 30 of the relay optical system.
  • the light source device 1 has one infrared / ultraviolet cut filter 15C as a filter.
  • Table 3 below shows numerical data of optical members constituting the light source device 1A.
  • the optical member of the light source device 1A has the following configuration.
  • Effective light beam diameter (ED) of the light source unit 10A 30 mm
  • Focal length of the center area of the correction element 20A: fc ⁇ 70.0 mm
  • Focal length of condensing optical system 30A: f 22.9 mm
  • the light distribution characteristic in the connector part 40 of 1 A of light source devices is
  • the light quantity is normalized by the maximum light quantity.
  • each parameter is as follows.
  • the light source device 1A satisfies (Condition 2), (Condition 3), and (Condition 4) described above. And as shown in FIG. 9, 1 A of light source devices have a wide light distribution characteristic, and a condensing performance is hard to deteriorate. Further, it was separately confirmed that (condition 1) to (condition 5) are also effective in the light source device 1A.
  • the light source device 1A has the effects of the light source device 1 of the first embodiment, and has a simple structure and a small size.
  • the light source device 1B of the third embodiment will be described. Since the light source device 1B according to the present embodiment is similar to the light source device 1 according to the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the light source device 1B includes a correction element 20B having an ultraviolet cut film 24 formed on one surface and an infrared cut film 25 formed on the other surface.
  • the correction element 20B is a substantially flat plate made of a single glass, but has an ultraviolet cut filter function and an infrared cut filter function in addition to the light distribution correction optical function.
  • the correction element 20B may be formed by laminating an ultraviolet cut film / infrared cut film, or may be formed with either the ultraviolet cut film 24 or the infrared cut film 25.
  • the ultraviolet cut film 24 and the infrared cut film 25 known films can be used.
  • the shape of the central portion of the correction element 20B is a negative power lens, but the depth of the recess 23 is shallow, and the wall surface of the recess 23 is spherical. For this reason, even if the ultraviolet cut film 24 and the infrared cut film 25 are formed as well as a vacuum film formation method such as a known sputtering method or a solution coating method, the correction element 20B is uniform and uniform.
  • a simple film can be formed. Since the light source device 1B has the effects of the light source devices 1 and 1A and has a simple configuration, it can be easily downsized.

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Abstract

光源装置１は、中央領域が周辺領域よりも強い光量の光束を出射する光源部１０と、入射する光束を集光する集光光学系３０と、光源部１０と集光光学部３０との間に配設され、中央部が周辺部よりも強い負のパワーを有する配光補正光学素子２０と、集光光学系３０が集光した光束を導光するライトガイト２Ｄ、を着脱自在に接続可能なコネクタ部４０と、を具備する。

Description

光源装置
　本発明は、ライトガイドに光を供給する光源装置、特に内視鏡用の光源装置に関する。
　ライトガイドに光を供給する光源装置の出射光は、光強度分布特性だけでなく角度分布特性を含めた配光（angular distribution）特性が重要である。すなわち、内視鏡画像の明るさを確保するための、光源からの光をライトガイドに効率よく結合させる集光性能だけでなく、内視鏡画像の外周部の明るさを確保するために、入射角度の大きい光束の光軸付近の光束に対する相対強度が保たれた広配光特性が、光源装置には要求される。
　明るい光が要求される内視鏡用光源装置では、キセノンランプまたはメタルハライドランプ等の放電灯が光源ランプとして使用されている。しかし、放電電極が光路中に配設されている放電灯を有する光源ランプでは、放電電極および放電電極を内包するバルブが光を遮蔽するため出射する光束の中央領域が暗くなる、いわゆる中抜け現象が発生していた。これに対して、放電電極、バルブ、リフレクタ開口径等を細径化することにより、より明るい光を出射するように改善された放電灯を有する光源ランプでは、逆に出射する光束の中央領域が周辺領域よりも強い光量となる。
　出願人は、日本国特開２００３－３３１６２２号公報に、インテグレータ部を有する光源装置を開示している。インテグレータ部は、入射側インテグレータレンズ、出射側インテグレータレンズおよびインテグレータ用集光レンズからなる。入射側インテグレータレンズに入射された照明光は、複数の光軸の光束に分割された後、対向する出射側インテグレータレンズに入射され、ここで各光束が拡散された後、インテグレータ用集光レンズにて略同心上に合成されて、集光レンズ側へ出射される。
　しかし、インテグレータ部は、複数のレンズを間隔をおいて配置する必要があるために、光源装置の小型化は容易ではなかった。
　本発明は、広配光特性を有する小型の光源装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施例の光源装置は、中央領域が周辺領域よりも強い光量の光束を出射する光源部と、入射する光束を集光する集光光学系と、前記光源部と前記集光光学部との間に配設され、中央部が周辺部よりも強い負のパワーを有する配光補正光学素子と、前記集光光学系が集光した光束を導光するライトガイト、を着脱自在に接続可能なコネクタ部と、を具備する。
第１の実施形態の光源装置の構成図である。 第１の実施形態の光源装置の光学系の構成図である。 光源部が出射する光束の強度分布を説明するための図である。 光源部が出射する光束の強度分布を説明するための図である。 第１の実施形態の光源装置の配光補正光学素子の正面図である。 第１の実施形態の光源装置の配光補正光学素子の断面図である。 光源装置の配光特性図である。 光源装置の配光特性図である。 光源装置の配光特性図である。 光源装置の配光特性図である。 第２の実施形態の光源装置の光学系の構成図である。 光源装置の配光特性図である。 第３の実施形態の光源装置の光学系の構成図である。
＜第１の実施形態＞
　図１に示すように、第１の実施形態の光源装置１は、内視鏡２と、ＣＣＵ（カメラコントロールユニット）３と、モニタ４等と、ともに内視鏡システム５を構成する。内視鏡２は、体腔内に挿入される細長い挿入部２Ａの基端側に配設された操作部２Ｂと、操作部２Ｂの側面部に接続されたライトガイドケーブル２Ｃと、を有する。
　ライトガイドケーブル２Ｃの延出した先端部にはライトガイドコネクタ２Ｃ１が設けられており、ライトガイドコネクタ２Ｃ１は光源装置１のコネクタ部４０に接続可能である。ライトガイドケーブル２Ｃの中にはライトガイド２Ｄが挿通されている。
　光源装置１が発生した光は、ライトガイド２Ｄを介して挿入部２Ａの先端部まで導光され、照明光学系２Ｅを介して被写体に向けて出射される。照明された被写体は先端部に配設されたＣＣＤ等の撮像素子（不図示）により撮像され、撮像信号はＣＣＵ３で信号処理された後、内視鏡画像として、モニタ４の画面に表示される。
　図１および図２に示すように、光源装置１は、光源部１０と、フィルタ部１５と、配光補正光学系である配光補正光学素子（以下、「補正素子」ともいう。）２０と、集光光学系３０と、コネクタ部４０と、を具備する。光源部１０は、キセノンランプまたはメタルハライドランプ等の放電灯からなる光源１１と、放物面形状のリフレクタ１２と、を有する。光源１１は光路中に細径の電極１１Ａを有する。
　そして、図３Ａに示すように、中抜け現象が発生する光源部では、出射する光束の光量は、光軸Ｏの近傍、すなわち中央領域において、周辺領域よりも少なくなる。これに対して、図３Ｂに示すように光源部１０では、出射する光束の光量は中央領域が周辺領域よりも強い。なお、図３Ａおよび図３Ｂに示す、有効光束径（ＥＤ）は、光源部が出射する光束の９５％の光量を有する光束の外径（以下、単に「径」ともいう）である。
　光源部１０は細径の放電電極１１Ａおよびバルブを有し、強い光量の光束を出射する仕様のため、例えば、中央（光軸上）の光束密度に対して、有効光束径（ＥＤ）の中央±３０％の径内において光束密度が８０％以下となるような、中央の相対強度が高い光束分布を有する。なお、中央領域が周辺領域よりも強い光量の光束を出射する光源装置であれば、光源として発光ダイオード等を用いてもよいし、リフレクタ１２を有していなくてもよい。
　フィルタ部１５は、紫外線カットフィルタ１５Ａ（Ｌ２）と、赤外線カットフィルタ１５Ｂ（Ｌ４）と、を有する。例えば、紫外線カットフィルタ１５Ａは、可視光を透過し紫外光を遮断するフィルタであり、赤外線カットフィルタ１５Ｂは、可視光を透過し赤外光を遮断するフィルタである。
　補正素子２０（Ｌ６）は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、１枚の略平板状ガラスである。補正素子２０は、片面の中央部に凹部２３が形成されており、中央部が負のパワーのレンズとなっている。例えば後述するように凹部２３の壁面は曲率半径４０ｍｍの球面であり、深さは２８０μｍである。
　補正素子２０の中央部の形状は、負のパワーのレンズを構成するものであれば、円錐形状でもよいし、フレネルレンズまたは回折格子であってもよい。しかし製造容易性の観点からは球面形状が好ましい。すなわち、平板ガラスの一面の中央に球面状の凹部を形成した補正素子２０は製造が容易であり安価である。
　集光光学系３０は前レンズ群３０Ｆと後レンズ群３０Ｒとからなり、前レンズ群３０ＦはレンズＬ８、Ｌ１０、Ｌ１２を有し、後レンズ群３０Ｒは、Ｌ１４、Ｌ１６、Ｌ１８を有する。集光光学系３０は、入射する光束を前レンズ群３０Ｆにより焦点Ｆ１０に集光した後、拡散し、再度、後レンズ群３０Ｒの焦点Ｆ１１に集光する、いわゆるリレー光学系である。リレー光学系の集光光学系３０は、前レンズ群３０Ｆと後レンズ群３０Ｒとの間の光束の光軸Ｏに対する角度が小さいために、この間に色フィルタ等を配設するのに適している。なお、リレー光学系の集光光学系３０は、後レンズ群３０Ｒの有効半径が、前レンズ群３０Ｆの有効半径よりも小さいために、負の焦点距離を有する。負の焦点距離とは、集光光学系３０の主平面の位置が、後レンズ群３０Ｒの後側焦点Ｆ１１よりも、後側にあることを意味している。
　以下の表１に、光源装置１を構成する光学部材の数値データ等を示す。数値データ中、ｒは各面の曲率半径、ｄは各光学部材の肉厚または空気間隔、ｎは各光学部材のｅ線における屈折率、νは各光学部材のｅ線におけるアッベ数、ＥＲは有効半径を表している。ｒ、ｄ、およびＥＲの単位はｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　光源装置１の光学部材は以下の構成である。
光源部１０の有効光束の径（ＥＤ）：３０ｍｍ
補正素子２０の外形（ＲＤ）：３８ｍｍ（表１：ＥＲ６×２）
補正素子２０の中央領域の径（Φ）：８ｍｍ
補正素子２０の中央領域の曲率半径（ｒ６）：４０ｍｍ　（表１：＊１）
補正素子２０の周辺領域の曲率半径（ｒ６Ａ）：∞　（表１：＊１）
補正素子２０の中央領域の焦点距離：ｆｃ＝-８４．６ｍｍ
集光光学系３０の焦点距離：ｆ＝－１９．２ｍｍ
集光光学系３０の前側焦点位置Ｆ１：光源部１０の出射面（Ｌ１）から１０３．６ｍｍ
補正素子２０の配置位置：光源部１０の出射面（Ｌ１）から９３．２ｍｍ
接続するライトガイド２Ｄの径（ＬＤ）：０．８ｍｍ
　ただし、「補正素子２０の配置位置」とは、「補正素子２０の最も光源部１０に近い面（ｒ６）の位置」である。
　以下、実験によって得られた各数値の結果を記す。図５に、光源装置のコネクタ部４０における配光特性を示す。図５Ａは上記構成の光源装置１の配光特性であり、図５Ｂは補正素子を配置しなかった場合の配光特性である。図５に示した配向特性では、光量は最高光量で規格化しているが、（Ａ）光源装置１の場合の光量は、２０２．２ルーメン（ｌｍ）だったのに対して、（Ｂ）補正素子なしの場合の光量は１７８．７ルーメンであった。
　なお、光源装置１においては、各パラメータは以下の通りである。
　補正素子２０の中央領域の焦点距離ｆｃと、集光光学系３０の焦点距離ｆとの比の絶対値、ＦＲは、（ＦＲ＝ＡＢＳ（ｆｃ／ｆ）＝ＡＢＳ（－８４．６ｍｍ／－１９．２ｍｍ）＝４．４）である。なお、ＡＢＳ（Ｘ）はＸの絶対値を示す。
　補正素子２０の配置位置は、集光光学系３０の前側焦点位置Ｆ１との関係で示すと、（９３．２－１０３．６＝－１０．４ｍｍ）である。ここで、配置位置の値がマイナスなのは、光軸Ｏ上において集光光学系３０の前側焦点位置Ｆ１よりも光源部１０側であることを意味している。配置位置は、集光光学系３０の焦点距離ｆの絶対値に対する比、ＳＰで表現すると（ＳＰ＝－１０．４ｍｍ／ＡＢＳ（－１９．２ｍｍ）＝－０．５４）である。
　補正素子２０の中央領域の径Φは、８ｍｍであり、光源部１０の出射する光束の有効光束径ＥＤは３０ｍｍである。補正素子２０の中央領域の径Φを、光源部１０の出射する光束の有効光束径ＥＤに対する値ＬＲで示すと、ＬＲ＝８／３０＊１００＝２７％である。
　次に、光源装置１と同じ基本構造を有する光源装置について、光学系の一部のパラメータを変更した場合の配光特性等について説明する。
＜補正素子の中央部の焦点距離（ｆｃ）＞
　図６に、φ＝８ｍｍのときに、補正素子２０の中央部の焦点距離ｆｃが、（Ｃ）－４２．３ｍｍの場合、（Ｄ）－１０５．７ｍｍの場合の配向特性を示す。なお、図６において、（Ａ）、（Ｂ）は、図５と同じように、（Ａ）－８４．６ｍｍ、（Ｂ）補正素子２０を配置しなかった場合、である。
　補正素子２０の中央領域の焦点距離ｆｃと、集光光学系３０の焦点距離ｆとの比の絶対値、ＦＲで示すと、（Ａ）ＦＲ＝４．４、（Ｃ）ＦＲ＝２．２、（Ｄ）ＦＲ＝５．５となる。
＜補正素子の中央領域の径（Φ）＞
　図７に、補正素子２０の中央領域の径Φおよび補正素子２０の中央領域の焦点距離ｆｃを変えた場合の配向特性を示す。図７において（Ａ）はφ８ｍｍ、ｆｃ＝-４２．３ｍｍ、（Ｃ）はφ＝６．４ｍｍ、ｆｃ＝-１０５．７ｍｍ、（Ｄ）はφ＝５．６ｍｍ、ｆｃ＝-４２．３ｍｍ、（Ｂ）は補正素子２０を配置しなかった場合である。
　補正素子２０の中央領域の径Φを、光源部１０の出射する光束の有効光束径ＥＤに対する値、ＬＲで示すと、（Ａ）ＬＲ＝２７％、（Ｃ）ＬＲ＝２１％、（Ｄ）ＬＲ＝１９％である。
＜補正素子の配置位置＞
　図８に、ｆｃ＝－８４．６ｍｍのときに、補正素子２０の配置位置を変えた場合の配向特性を示す。配置位置は、集光光学系３０の前側焦点位置Ｆ１から、（Ａ）－１０．１ｍｍ、（Ｃ）＋６ｍｍ、（Ｄ）－１６．９ｍｍであり、（Ｂ）は補正素子２０を配置しなかった場合である。
　配置位置は、集光光学系３０の焦点距離ｆに対する比ＳＰで示すと、（Ａ）ＳＰ＝－０．５４、（Ｃ）ＳＰ＝＋０．３１、（Ｄ）はＳＰ＝－０．８８である。
＜接続するライトガイド２Ｄの径（ＬＤ）＞
　表２に、接続するライトガイド（ＬＧ）２Ｃの径（ＬＤ）を変えた場合の、集光光量（単位：ルーメン）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　すなわち、配向特性と集光光量とのバランスの良い光源装置を得るための、補正素子２０の条件は以下の通りである
　（式１：条件１）　２．２＜ＡＢＳ（ｆｃ／ｆ）＜５．５、好ましくは、（式２：条件２）　３．０＜ＡＢＳ（ｆｃ／ｆ）＜５．０
　（式１）および（式２）は、補正素子２０の中央領域の焦点距離ｆｃと、集光光学系３０の焦点距離ｆとの比の絶対値、ＦＲを規定するものである。図６には、（Ａ）ＦＲ＝４．４、（Ｃ）ＦＲ＝２．２、（Ｄ）ＦＲ＝５．６の３つの場合を示したが、さらに詳細な検討を行った結果、（式１）を満足する場合に、光源装置の配向特性に改善があった。例えば（Ｂ）補正素子２０を配置しなかった場合には、角度１５度の狭角成分の光強度（以下「ＬＭ１５」という）は最大光強度（以下「ＬＭ」という）の６０％であったが、（式１）を満足する場合には、８０％以上に改善した。さらに（式２）を満足する場合に、さらに大きな改善、例えばＬＭ１５がＬＭの９０％以上となった。
　（条件３）補正素子が、集光光学系の前側焦点位置から、（－０．８×ＡＢＳ（ｆ））～（＋０．３×ＡＢＳ（ｆ））の位置に配設されている。
　（条件３）は、補正素子２０の配置位置の、集光光学系３０の焦点距離ｆに対する比、ＳＰを規定するものである。図８には、（Ａ）ＳＰ＝＋０．３１、（Ｂ）ＳＰ＝－０．５４、（Ｃ）ＳＰ＝－０．８８、の３つの場合を示したが、さらに詳細な検討を行った結果、（条件３）を満足する場合に、光源装置の配向特性に改善があった。例えば（Ｂ）補正素子２０を配置しなかった場合には、ＬＭ１５は、ＬＭの５０％であったが、（条件３）を満足する場合には、ＬＭの６０％以上となった。
　（条件４）補正素子の中央領域の径が、光源部の出射する前記光束の有効光束の径の１５％～５０％、好ましくは（条件５）２０％～３０％である。
　（条件４）および（条件５）は、補正素子２０の中央領域の径（Φ）の、光源部１０の出射する光束の有効光束径ＥＤに対する値、ＬＲを規定するものである。図８には、（Ａ）ＬＲ＝２７％、（Ｃ）ＬＲ＝２１％、（Ｄ）ＬＲ＝１９％、の３つの場合を示したが、さらに詳細な検討を行った結果、（条件４）を満足する場合に、光源装置の配向特性に改善があった。例えば（Ｂ）補正素子２０を配置しなかった場合には、ＬＭ１５が、ＬＭの５５％であったが、（条件４）を満足する場合には、ＬＭの７０％以上となった。さらに（条件５）を満足する場合に、さらに大きな改善、例えばＬＭ１５がＬＭの８０％以上となった。
　なお、上記測定は、中央（光軸上）の光束密度に対して、有効光束径（ＥＤ）の中央±３０％の径内において光束密度が８０％以下となるような、中央の相対強度が高い光束分布を有する光源部１０を用いて行われた。しかし、光源部の仕様を変えながら行った測定の結果、中央領域が周辺領域よりも強い光量の光束を出射する光源部であれば、その程度によらず、条件１～５は有効であることが確認された。
　上述の配光補正光学素子の配光補正の効果は、中央部のパワーを強くしたり（焦点距離を短く）、より光源に近い位置に配設したりすることによって得られるが、集光性能とのトレードオフの関係にある。上記条件を満足する範囲では集光性能を確保しながら広配光が得られる。
　あるいは、配光補正光学素子を入れていない状態での集光光学系の集光特性をオーバーコレクション気味にして、配光改善素子を入れた状態での中央部の光束の集光位置と周辺部の光束の集光位置とのズレを小さくすることによって効率を確保することができる。
　以上の説明のように、光源装置１は広配光特性を有する。また、公知の光源装置のインテグレータ部の複数のレンズは、いずれも複雑形状であり、かつ、耐熱性が要求されるため、高価なガラスレンズを複数枚、使用する必要があり、レンズ同士のアライメントに精度を要するものであった。さらに、インテグレータ部を有する光源装置の小型化は容易ではなかった。これに対して光源装置１では、補正素子２０が、１枚のレンズ部材からなるために、小型化および低コスト化が可能である。
＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態の光源装置１Ａについて説明する。本実施の形態の光源装置１Ａは第１の実施形態の光源装置１と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図９に光源装置１Ａの光学系の構成を示す。光源装置１の集光光学系３０ＡはレンズＬ６、Ｌ８、Ｌ１０を有する。すなわち、リレー光学系の集光光学系３０に比べて構造が簡単で小型化が可能である。また、光源装置１は、フィルタとして、１枚の赤外線／紫外線カットフィルタ１５Ｃを有する。
　以下の表３に、光源装置１Ａを構成する光学部材の数値データ等を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　光源装置１Ａの光学部材は以下の構成である。
光源部１０Ａの有効光束の径（ＥＤ）：３０ｍｍ
補正素子２０Ａの外形（ＲＤ）：３８ｍｍ（表２：ＥＲ４×２）
補正素子２０Ａの中央領域の径（Φ）：８ｍｍ
補正素子２０Ａの中央領域のｒ（ｒ６）：－３３．１ｍｍ　（表２：＊２）
補正素子２０Ａの周辺領域のｒ（ｒ６Ａ）：∞　（表２：＊２）
補正素子２０Ａの中央領域の焦点距離：ｆｃ＝－７０．０ｍｍ
集光光学系３０Ａの焦点距離：ｆ＝２２．９ｍｍ
集光光学系３０Ａの前側焦点位置Ｆ１：光源部１０の出射面（Ｌ１）から４７．７ｍｍ
補正素子２０Ａの配置位置：光源部１０の出射面（Ｌ１）から３６．４ｍｍ
接続するライトガイド２ＤＡの径（ＬＤ）：２．２ｍｍ
　図１０に、光源装置１Ａのコネクタ部４０における配光特性を示す。図１０において（Ａ）は上記構成の光源装置１Ａの配光特性であり、（Ｂ）は補正素子２０Ａを配置しなかった場合の配光特性である。
　図１０に示す配向特性では、光量は最高光量で規格化しているが、（Ａ）光源装置１Ａの場合の光量は、７７２ルーメンだったのに対して、（Ｂ）補正素子なしの場合の光量は７５３ルーメンであった。
　なお、光源装置１Ａにおいては、各パラメータは以下の通りである。
　補正素子２０Ａの中央領域の焦点距離ｆｃと、集光光学系３０の焦点距離ｆとの比の絶対値、ＦＲ＝ＡＢＳ（-７０／２２．９）＝３．１
　補正素子２０Ａの中央領域の径Φの、光源部１０の出射する光束の有効光束径ＥＤに対する値、ＬＲ＝８／３０＊１００＝２７％
　補正素子２０Ａの配置位置の、集光光学系３０Ａの焦点距離ｆに対する比、ＳＰ＝（３６．４－４７．７）／２２．９＝－０．４９
＜接続するライトガイド２Ｄの径（ＬＤ）＞
　表４に、接続するライトガイド（ＬＧ）２Ｃの径（ＬＤ）を変えた場合の、集光光量（単位：ルーメン）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　以上の説明のように、光源装置１Ａは、既に説明した（条件２）、（条件３）、（条件４）を満足している。そして、図９に示すように、光源装置１Ａは、広配光特性を有し、集光性能が劣化しにくい。また、光源装置１Ａにおいても、（条件１）～（条件５）は有効であることが別途確認された。
　光源装置１Ａは、第１の実施の形態の光源装置１が有する効果を有し、さらに構造が簡単で小型である。
＜第３の実施形態＞
　次に、第３の実施形態の光源装置１Ｂについて説明する。本実施の形態の光源装置１Ｂは第１の実施形態の光源装置１等と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１１に示すように、光源装置１Ｂは、片面に紫外線カット膜２４が、他方の面に赤外線カット膜２５が形成されている補正素子２０Ｂを有する。言い換えれば、補正素子２０Ｂは、１枚のガラスからなる略平板であるが、配光補正光学機能に加えて、紫外線カットフィルタ機能および赤外線カットフィルタ機能を有する。また、補正素子２０Ｂには、紫外線カット膜／赤外線カット膜が積層形成されていてもよいし、紫外線カット膜２４または赤外線カット膜２５のいずれかのみが形成されていてもよい。
　紫外線カット膜２４および赤外線カット膜２５は公知の膜を用いることができる。補正素子２０Ｂの中央部の形状は、負のパワーのレンズであるが、凹部２３の深さは浅く、凹部２３の壁面は球面である。このために、紫外線カット膜２４および赤外線カット膜２５の形成方法としても、公知のスパッタ法等の真空成膜法、または溶液塗布法等を用いても、補正素子２０Ｂには、ムラのない均一な膜を形成することができる。光源装置１Ｂは光源装置１、１Ａが有する効果を有し、さらに構成が簡単であるため、小型化が容易である。
　以上のように本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
　本出願は、２０１０年６月１０日に日本国に出願された特願２０１０－１３３１７０号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (8)

  1. 　中央領域が周辺領域よりも強い光量の光束を出射する光源部と、
    　入射する光束を集光する集光光学系と、
    　前記光源部と前記集光光学部との間に配設され、中央部が周辺部よりも強い負のパワーを有する配光補正光学素子と、
    　前記集光光学系が集光した光束を導光するライトガイト、を着脱自在に接続可能なコネクタ部と、を具備することを特徴とする光源装置。
  2. 　以下の（式１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
    　（式１）　２．２＜ＡＢＳ（ｆｃ／ｆ）＜５．５
    　ただし、ｆｃは、前記配光補正光学素子の中央部の焦点距離であり、ｆは前記集光光学系の焦点距離。
  3. 　以下の（式２）を満足することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
    　（式２）　３．０＜ＡＢＳ（ｆｃ／ｆ）＜５．０
  4. 　前記配光補正光学素子が、前記集光光学系の前側焦点位置から、（－０．８×ＡＢＳ（ｆ））～（＋０．３×ＡＢＳ（ｆ））の位置に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
  5. 　前記配光補正光学素子の前記中央領域の径が、前記光源部の出射する前記光束の有効光束の径の１５％～５０％であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
  6. 　前記配光補正光学素子の前記中央領域の径が、前記光源部の出射する前記光束の有効光束の径の２０％～３０％であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
  7. 　前記集光光学系が負の焦点距離を有することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
  8. 　前記配光補正光学素子の少なくとも片面に紫外線カット膜または赤外線カット膜の少なくともいずれかが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
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